冶金工程專業綜合實驗教學改革的研究

馬立興

【摘 要】實驗教學是冶金工程專業本科教學非常重要的環節和手段，同時也是培養學生獨立分析和解決問題能力的重要途徑。其中，對學生的綜合素質培養尤為重要。因此，對冶金工程專業綜合實驗教學改革進行探討，十分具有現實意義。

【關鍵詞】冶金工程；實驗教學；改革與實踐

隨著冶金行業的飛速發展和人們對環境、資源、能源問題的認識逐步深入，對冶金工程類人才的綜合素質特別是工程實踐能力的要求越來越高。實驗教學是教學體系中的一個重要組成部分，是培養學生工程實踐能力和科技創新能力的關鍵環節。因此如何培養學生的工程素質和科技創新能力，已經成為當今高等教育實踐教學改革的重大課題。

一、冶金綜合實驗教學過程中存在的問題

（一）學時少任務重

現階段，大量繁重的實驗任務與較短的教學時間存在著矛盾，為了保證實驗任務順利完成，在實施過程中常會出現提前或者延后實驗時間的情況。目前，冶金專業綜合實驗具體內容的設置為：輕金屬或者稀土合金原料設計及配料；熔煉工藝設計及實施；試樣制備及成型；試樣組織性能測試與分析；撰寫綜合實驗報告。這些教學環節所需要的時間不等，其中輕金屬或稀土合金原料設計及配料耗時較短，需要約1天；而熔煉工藝、試樣制備階段需要約3天；試樣組織性能測試與分析耗時較長，需要約3～4天。而該課程的學時數為一周，這就與教學計劃相互沖突。為完成正常的實踐教學活動，教師通常要求學生提前一周完成實驗設計和計算環節，另外，在實驗進行周需要學生延長實驗時間，晚間也要安排學生進行實驗。這種現象勢必會影響到其他教學環節的開展，夜間實驗的安全問題得不到保障，甚至導致達不到實驗預期效果的情況產生。

（二）教學形式缺乏靈活性

冶金綜合實驗的教學形式同其他工科專業大型綜合實驗別無二致，主要體現為漸進式的教學模式，大部分工科專業實行實驗預習和“準備--實驗方案設計--實驗操作--實驗結果與分析”的傳統教學方法，對創新型教學特色的體現程度有所欠缺。尤其近年來，教育體系的框架限制導致學生的自學能力和實操能力嚴重下滑，學生對實驗的反饋效果不良，無法有效融合專業理論知識，進一步削弱了專業培養的特色和要求。此外，以前通過其他專業課及實習環節了解的專業信息與咨詢并沒能有效激發學生的專業興趣，學生對于專業實踐教學的學習熱情每況愈下，部分學生主動學習的意愿和能力也不斷降低，對整個班級甚至專業的學習環境也會產生不良影響。長此以往，學生培養的效果將不再特色鮮明，不僅會影響到學校、專業的發展，更不利于學生綜合素質的提高。

（三）監督和考核機制缺乏科學性

在傳統教學觀念中，實驗教學的地位相對較輕。在管理部門、教師和學生當中或多或少有重理論、輕實踐的思想出現。首先，在實驗教學中，實驗學時安排的隨機性較大，教師變動學時、合并實驗的事情時有發生；個別學生找他人代做實驗的現象也存在；其次，大多數實驗教學沒有獨立的教學體系，不設置單獨的學分，沒有獨立的考試環節，考核辦法往往主要以實驗報告為考核依據，學生只注重結果，不注重過程，認為交一份實驗報告便達到目的；再次，學生對于實驗的學習興趣并不高，如果學生實驗數據不合理，實驗報告中會出現編造實驗數據的現象，無形中扼殺了學生學習的積極性，而實驗也僅僅成了理論教學的附屬品。

二、冶金綜合實驗改革新途徑

（一）將科研融入教學過程科研成果轉化為實驗內容

冶金工程學科教師直接參與實驗教學環節，將先進理論、技術與科研方法融入實驗教學內容，提升學生科學研究和科技創新的能力，充分體現了科研支持實驗教學、服務人才培養的作用；同時，使得實驗教學與創新教育結合，把實踐教學作為創新精神與能力培養的重要環節，強化了研究性、探索性實踐教育，從而達到了培養學生創新思維和創新能力的目的。

例如，依據國家科技進步二等獎“薄板坯連鑄連軋微合金化技術研究及低成本高性能微合金鋼的開發”的部分科研成果，開設了中間包水模擬實驗。實驗過程中，使學生明白中間包是煉鋼連鑄生產流程的中間環節，是連接鋼包和結晶器之間的過渡容器，是由間歇操作轉向連續操作的銜接點，隨著連鑄技術水平的不斷提高，中間包對于精煉和提高鑄坯質量方面的作用越來越明顯，已經由普通的過渡容器發展為多功能連鑄反應器。

科研成果、科研思路、新型實驗裝備引入到實驗教學內容中不僅僅使學生了解先進的科學技術和研究方法，同時掌握相關實驗設備的原理與操作，為今后在工作崗位開展實驗研究、推動企業科技進步，創造了良好的條件。

（二）教學理念應及時轉變并緊隨工程教育認證體系

2016年6月2日，我國成為國際本科工程教育學會互認協議《華盛頓協議》的第十八個正式會員，這意味著，對于本科院校學生，只要其所在的專業取得了工程教育專業認證，就擁有了國際工程教育“質量保證書”。在此背景下，高等院校本科教學的傳統理念受到極大影響，應以學生的綜合素質培養為首要目標，提升培養要求和質量，以達到國際通用水平。

因此，傳統教學理念必須轉變，大型綜合實驗也應如此。應該明確教學的核心思想是“以學生為中心”，主要體現為綜合實驗的設計性和團隊性。冶金綜合實驗的環境更接近于實際生產，如鋁板帶的軋制工藝設計需要依據不同鋁板軋件尺寸進行軋制溫度、速度等工藝參數調整，軋輥直徑、軋制壓力等軋機運行調試等工作也應陸續完成，這些環節皆體現了設計工作的重要性。在這一環節的實踐中，通過模擬真實的生產環境達到著重培養學生自主設計工程方案的能力的目的。此外，綜合實驗的綜合程度決定了教學過程中必須發揮團隊作用，教師、學生都需要充當團隊角色，根據實驗內容自行研發設計方案，并提出有效解決辦法，錘煉學生在多學科背景下的團隊意識。總之，專業綜合實驗的教學理念應該順應專業未來的發展趨勢，適時“轉彎”，以工程教育認證為“目的地”，加快改革速度，這樣才能更好地適應教育全球化的大勢。

（三）“虛實”交互式實踐教學提升實踐教學效果

先開發應用了鋼鐵冶金虛擬實踐訓練平臺，該平臺訓練與現場實習交互，有利于提升實踐教學效果：

一，學生在學習“冶金工程概論”和“新生研討課”后，可在虛擬實踐訓練平臺的三維虛擬場景中，瀏覽冶金企業，完成虛擬認識實習，并在校外現場認識實習完成后，可再次使用虛擬認識實習。這樣不僅有利于彌補認識實習時間短、學生多、難于深入觀察了解等問題，而且有利于改善單純虛擬實習，對冶金企業感官認識不深刻的問題。

二，學生在學習“鋼鐵冶金學”的過程中，可運用虛擬實踐訓練平臺，完成一些知識點的虛擬操作。學生可在操作后，帶著結果或問題，繼續課堂課程的學習。這樣形成了課堂教學與虛擬實踐的交互，有利于強化學生實踐，提升對知識點認識的深度。

三，學生在進行校內虛擬生產實習后，進入冶金企業現場進行生產實習，然后再回到學校進行虛擬生產實習，通過交互式的生產實習過程，能夠彌補冶金企業現場不允許操作的問題，有助于提升學生的生產實踐效果。

三、結語

在冶金專業的實踐教學體系中，綜合實驗的有效實施可以發揮重要作用。冶金綜合實驗的改革能夠切實提高學生的專業實踐能力，能夠有效發揮實踐環節的培養作用。學生在實踐中收獲專業理論知識、實驗技術、自主分析和解決問題的素質、團隊合作經驗及持續學習和發展的能力，是工科專業實踐教育的進步。

【參考文獻】

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